Skip to main content

Verbeteren van voorspellingen voor energetische zonnedeeltjes

Research Topic Chapter
News flash intro
Sterke zonne-uitbarstingen kunnen deeltjes zoals elektronen, protonen en zwaardere ionen versnellen tot hoge energieën. Deze deeltjes kunnen verstoringen veroorzaken in de elektronica van satellieten en zijn een gezondheidsrisico voor astronauten alsook voor de bemanning en passagiers van vliegtuigen die poolroutes volgen. Het SAWS-ASPECS-project geeft waarschuwingen door de evolutie van actieve regio's en uitbarstingen op de zon te volgen. Het DENSER-project is recent begonnen met het onderzoeken hoe artificiële intelligentie kan worden gebruikt om deze voorspellingen, die nog steeds voor veel uitdagingen zorgen, te verbeteren.
Body text

Energetische zonnedeeltjes

Zonnevlammen en plasmawolken zijn het gevolg van een abrupte ontlading van magnetische energie die zit opgestapeld in actieve regio’s in de buurt van zonnevlekken. Deze spectaculaire uitbarstingen kunnen elementaire deeltjes zoals elektronen, protonen en zwaardere ionen versnellen tot hoge energieën.

De energetische zonnedeeltjes worden in het zonnestelsel geblazen en volgen het magnetische veld van de zonnewind. De plotse toename van het aantal deeltjes die in de buurt van de aarde wordt waargenomen, kan enkele dagen of zelfs weken aanhouden.

Het magnetisch veld van de aarde buigt de meeste van deze deeltjes af en degene die toch kunnen doordringen, worden meestal in de atmosfeer geabsorbeerd. Ze zijn daarbij een potentieel risico voor polaire vliegroutes, omdat deze deeltjes daar gemakkelijker in de aardatmosfeer kunnen doordringen. Ze kunnen de vliegtuigelektronica beschadigen, de communicatie verstoren en resulteren in een verhoogde geabsorbeerde stralingsdosis voor de bemanning en passagiers. Satellieten, ruimtetuigen en astronauten worden minder beschermd door de natuurlijke beschuttingen van de aarde en extra voorzichtigheid is vereist wanneer dergelijke uitbarstingen worden voorspeld.

SAWS-ASPECS

Het Advanced Solar Particle Events Casting System (ASPECS) is een tool ontwikkeld tijdens de ESA-activiteit SEP Advanced Warning System (SAWS). Het consortium, geleid door de National Observatory of Athens, ontwikkelde twee methodes om de verwachte tijdprofielen van de protonflux te bepalen voor energieën van >10 MeV tot >300 MeV.

De voorspellingsmodus analyseert de magnetische eigenschappen van alle actieve regio’s die op de zon zichtbaar zijn en geeft de kans dat zonnevlammen en plotse stijgingen van de protonflux tot 72 uur in de toekomst kunnen plaatsvinden. De nowcast-modus levert voorspellingen op korte termijn na de waarneming van zonnevlammen en plasmawolken. Het BIRA is verantwoordelijk voor de uitgebreide validatie om de onzekerheid van de voorspellingen te bepalen.

DENSER

Het hoofddoel van het ESA-project DEeply uNderstanding Space weathER (DENSER), geleid door Space Applications Services NV, is het onderzoeken hoe voorspellingen voor het ruimteweer kunnen verbeterd worden met behulp van machine learning-algoritmes en om ​​richtlijnen uit te werken voor toekomstige ontwikkelingen.

Het BIRA coördineerde een uitgebreid literatuuronderzoek van meer dan 100 publicaties waarin bestaande modellen voor ruimteweer gebaseerd op machine learning worden beschreven. De dienst Ruimteweer ontwikkelde ook de technieken voor de data-analyse van de metingen van röntgenstraling en protonen afkomstig van de zon die als input zullen dienen voor een voorspellingsmodel voor deze protonen.

Coronal mass ejection (CME) movie
Deze film toont beelden van de buitenste corona van de zon die zijn genomen door het SOHO/LASCO-instrument tijdens dezelfde periode als de afbeelding hierboven. De plasmawolk kan worden waargenomen terwijl die naar rechts beweegt rond dezelfde tijd als de sterke X-klasse zonnevlam zich voordoet. Even later passeren de protonen door de camera van het instrument en veroorzaken veel ruis.

 

Figure 2 body text
Figure 2 caption (legend)
Metingen van röntgenstraling (boven) en protonflux (onder) afkomstig van de zon gedurende 5 dagen in september 2017. De sterke X8.2 zonnevlam die plaatsvond in de namiddag van 10 september werd snel gevolgd door een plotselinge toename van de hoeveelheid energetische protonen waarbij het stralingsniveau gedurende meerdere dagen hoog bleef.